Điện xoay chiều là gì?

TÓM TẮT LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VỀ DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU

1. Khái niệm về dòng điện xoay chiều

+) Dòng điện xoay chiều hình sin, gọi tắt là dòng điện xoay chiều, là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay hàm cosin, với dạng tổng quát:

$i={{I}_{0}}cos\left( \omega t+\varphi  \right)$

Trong đó: I là cường độ dòng điện tại thời điểm t, được gọi là giá trị tức thời của I (cường độ tức thời).

${{I}_{0}}>0$ được gọi là giá trị cực đại I (cường độ cực đại).

$\omega >0$ được gọi là tần số góc, $T=\frac{2\pi }{\omega }$ là chu kỳ và $f=\frac{\omega }{2\pi }$là tần số của i.

$\alpha =\omega t+\varphi$ là pha của i và $\varphi$ là pha ban đầu.

+) Thực nghiệm và lí thuyết chứng tỏ rằng nếu cường độ dòng điện xoay chiều trong đoạn mạch có dạng $i={{I}_{0}}cos\omega t=I\sqrt{2}cos\omega t$thì điện áp xoay chiều ở hai đầu mạch điện có cùng tần số $\omega$, nghĩa là có thể viết dưới dạng: $u={{U}_{0}}cos\left( \omega +\varphi  \right)=U\sqrt{2}cos\left( \omega t+\varphi  \right)$.

Đại lượng $\varphi$ được gọi là độ lệch pha giữa u và i.

Nếu $\varphi >0$ thì ta nói u sớm pha hơn $\varphi$ so với i.

Nếu $\varphi <0$ thì ta nói u trễ pha $\left| \varphi  \right|$so với i.

Nếu $\varphi =0$ thì ta nói u và I cùng pha.

2. Giá trị hiệu dụng

Nếu $i={{I}_{0}}cos\omega t$là cường độ tức thời chạy qua R, thì công suất tức thời tiêu thụ trong R cũng được tính theo công thức: $p=R{{i}^{2}}=RI_{0}^{2}co{{s}^{2}}\omega t$.

Công thức trên chứng tỏ rằng, công suất điện p biên thiên tuần hoàn theo t, do đó có tên là công suất tức thời.

Giá trị trung bình của p trong một chu kì là: $\bar{p}=\overline{RI_{0}^{2}co{{s}^{2}}\omega t}$

Trong đó: $\overline{co{{s}^{2}}\omega t}=\frac{1+\overline{cos2\omega t}}{2}=\frac{1}{2}$.

Giá tri này được gọi là công suất trung bình, kí hiệu là: $P=\overline{p}=\frac{1}{2}RI_{0}^{2}$.

Đặt $I=\frac{{{I}_{0}}}{\sqrt{2}}\Rightarrow P=R{{I}^{2}}$. Như vậy $I=\frac{{{I}_{0}}}{\sqrt{2}}$được gọi là giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện xoay chiều (cường độ hiệu dụng).

Ngoài cường độ dòng điện, đối với dòng điện xoay chiều, còn có nhiều đại lượng điện và từ khác cũng là những hàm số sin hay cosin của thời gian t như điện áp, suất điện động, cường độ điện trường, điện tích… Với những đại lượng này, người ta cũng định nghĩa các giá trị hiệu dụng trương ứng.

$Gitrhi\ddot{O}ud\hat{o}ng=\frac{gitrc\grave{u}c\mathsf{}{}^\text{1}i}{\sqrt{2}}$

Sử dụng các giá trị hiệu dụng để tính toán các mạch điện xoay chiều rất thuận tiện vì đa số các công thức đối với dòng điện xoay chiều sẽ có cùng một dạng như các công thức tương ứng của dòng điện một chiều không đổi. Do đó, các số liệu ghi trên các thiết bị điện đều là các giá trị hiệu dụng. Ví dụ, trên một bóng đèn có ghi $200V-5A$nghĩa là:

Điện áp hiệu dụng: $U=200V$.

Cường độ dòng điện hiệu dụng: $I=5A$.

3. Nhiệt lượng tỏa ra trên điện trở R trong thời gian t nếu có dòng điện xoay chiều

$i={{I}_{0}}cos\left( \omega t+\varphi  \right)$chạy qua là $Q=R{{I}^{2}}t$.